《古罗马机械》word版

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1、古罗马机械一、冶金成就罗马时代的冶金成就可以归纳为如下几个方面： 1.通过空前规模的商品流通和工业化生产，铁和其它金属产量达到惊人的数字。 2.普及了铁器生产的各项技术，使铁器的质量稳定，性能卓越。 3.发明了各种复杂的兵器、工具、用具，金属的用途大为扩展。 4.货币的生产量极其巨大。 5.采矿技术得到大的进步。 6.开始生产黄铜。 下面就详细的讲述这些成就，不过在此之前，究竟什么年代是“罗马时代”的开端？这点是有争议的，有人主张是第二次布匿战争结束的那年——前201年，有人主张是罗马军队攻破科林斯和迦太基的那一年——前146年。不过这对于我的描述关系不大

2、，因为前3世纪末和前2世纪的冶金技术是差别不大的。 在罗马之前，大多数炼铁遗址上发现的矿渣是以公斤或者几百公斤计算，而罗马时期的渣堆普遍达到成百上千吨，甚至三十万吨（法国艾尔兰特森林）。铁器的出土也非常多。比较典型的是在苏格兰因什图锡尔堡垒中，发现了五吨以上的铁钉。这个堡垒公元83年建成，公元87年即放弃。把如此多的铁钉抛弃掉，证明这些东西很容易得到补充，毫不值钱。其它金属的产量也很大，西班牙里奥廷托一地在罗马时代生产了6－7万吨铜。金银的产量同样很大，相应的，铅的数量就更加巨大了。事实上通过实物的比较，可以说罗马的冶金工业规模，同时代的任何其它国家或民族

3、都无法相比。这得益于罗马疆域的广大，生产力的高度发展、交通的畅通和商业流通的空前规模。 罗马时代的冶铁技术主要是普及各文明的冶铁成就。那时的炼炉可以分为两种类型，即鼓风竖炉和碗式炉，样式跟从前的差别不大，只是尺寸加大了，且都有了出渣口，矿渣可以流到炉外的渣坑中。碗式炉的加大使它必须安装一个以上的风嘴。竖炉高1.5米左右，直径0.3米左右，一般来说有多个风嘴（一般是四个），可以鼓风也可以抽风。取铁时竖炉从炉侧取出，碗式炉从炉顶取出，都跟早期铁器时代没多少差别。取出的海绵铁在敞炉，或者说是锻炉中加热锻打，制成熟铁。铁坯重5－10公斤不等。以上跟早期铁器时代差别

4、不大。但罗马人发明了三项技术：利用水磨研磨矿石，维特鲁威的《建7筑十书》中讲有大功率的水磨，功率约三马力，后来更进一步提高到五十马力，在西班牙已经发现了梯级水磨的遗迹。磨碎铁矿石，对入炉炼制有利；在冶炼之前对矿石进行焙烧，提高矿石品位，然后入炉；用煤炼铁这是在罗马占领不列颠之后的事情，因为不列颠的露天煤矿是很多的。不过罗马人很快发现用煤炼铁不好，所以这项技术没有推广。煤炼铁之所以不好是因为煤中的硫被铁吸收，使铁成为高硫铁，这种铁是脆性大的劣质铁。要解决用煤炼铁的问题，要么炼焦炭，要么使用低硫煤。而当时既没有炼焦碳的技术，也无法分清高硫煤和低硫煤。顺便说一句

5、煤在罗马用途很广，罗马妇女甚至把它当项链吊嘴使用。另外，目前已知最大的罗马锻炉是科布里奇那座用来锻接公共浴室桁条的锻炉，它的特点是风嘴可以插入需要提高温度一进行锻造或锻接的任何地方，这种方法在二十世纪仍被用来制造船尾的骨架。罗马时期，铸铁越来越多的被制造出来，不过它们都被当作次品抛弃。有人设法利用它，老普林尼就指出可以把铸铁液滴在熟铁器刃部，这样“铁就从废铁那里取得了力量”，这是世界上最早的“擦生”技术记载。不过铸铁基本上是无用的，需要很大的忍耐力和知足常乐的精神才能接受铸铁的机械性能——在古代，除了中国人以外世界上没有人具有这样的气质。 铁坯质地均匀，渗

6、碳法已经完全成熟，得到了普遍运用。几乎任何认为是有必要渗碳的铁器都经过这一工序。仍以上述铁钉为例，含碳量从0.06－0.9%不等，铁钉越大，尖端含碳量就越高，由此获得高硬度，而其余部分含碳量低，但大型铁钉控制在0.2%－0.25%之间，以保证强度和韧性。铁钉中有害物质的含量也极低，ＡⅠ型铁钉含硫量仅0.009%，含磷量仅0.008%。罗马时期的绝大多数铁器含硫量非常低（基本介于0.003－0.03%之间），大多数的铁器含磷量也很低，这说明当时的人们已经认识到高硫铁和高磷铁的危害——前者脆性大，后者低温脆性大，且不利于渗碳，罗马人当然不知道地球上有磷和硫这两

7、种元素，他们主要通过避开含磷量或含硫量高的铁矿来达到提高铁品质的目的（铁品质好坏可以通过试炼得知）。锻造工艺也已经稳定下来，不再出现早期某些铁器强度与含碳量不相称的情况。锻打对铁的好处是使铁的组织更加紧密，提高机械性能，如熟铁的强度可以比未经锻打时提高1.5倍甚至两倍以上，塑性和韧性提高更多。从罗马实物看，铁器硬度基本上跟含碳量吻合，可见锻打技术已经完全成熟了。在铁器热处理方面，罗马的成就主要在于普及了淬火工艺。如英国斯塔福德郡的沃尔和哈德良长城边切斯特霍尔姆发现的凿子，后者的刃部硬度达ＨＶ579到464，这种凿子用于对付坚硬的石头无疑是大有好处的。在波兰

8、克拉科夫发现的罗马出口的铁工具，23把小刀和凿子中，有六把经过淬火